三态门和多路器实验
参考设计：三态门
实验原理图如图 1。
例 1给出了图 1电路的Verilog设计。VirtualBoard模块的端口在实验环境的代码框架中已经介绍过，在以后的示例代码中，为节省篇幅，将不再重复端口声明部分。 模块的主体代码分为三个部分。第一部分将输入端口替换为一些内部信号，这些内部信号的命名与图 1原理图中的符号对应，目的是使代码更易读。第二部分是逻辑设计，这里用条件表达式描述了三态逻辑，输出信号的名称也是采用了与原理图一致的符号，在第三部分将这些输出信号赋给LED指示灯的输出端口。
`default_nettype none
module VirtualBoard (
input wire CLOCK, // 10 MHz Input Clock
input wire [19:0] PB, // 20 Push Buttons, logical 1 when pressed
input wire [35:0] S, // 36 Switches
output logic [35:0] L, // 36 LEDs, drive logical 1 to light up
output logic [7:0] SD7, // 8 common anode Seven-segment Display
output logic [7:0] SD6,
output logic [7:0] SD5,
output logic [7:0] SD4,
output logic [7:0] SD3,
output logic [7:0] SD2,
output logic [7:0] SD1,
output logic [7:0] SD0
);
/****** Replace input ports with internal signals *******/
wire [2:0] data0 = S[2:0];
wire [2:0] data1 = S[5:3];
wire [2:0] data2 = S[8:6];
wire oe0 = S[9];
wire oe1 = S[10];
wire oe2 = S[11];
/************* The logic of this experiment *************/
wire [2:0] out;
assign out = oe0 ? data0 : 3'bzzz;
assign out = oe1 ? data1 : 3'bzzz;
assign out = oe2 ? data2 : 3'bzzz;
/***** Internal signals assignment to output ports ******/
assign L[2:0] = out;
endmodule读懂代码后用实验系统验证，通过验证理解三态门的特性和正确用法。考虑以下问题，并通过实验找出答案。
（1）如果有2个或2个以上的三态门同时打开，会有什么问题？
（2）三态门全都关闭时，总线上的状态应该是什么？实际显示又是什么？如何理解这个现象？
实验任务1：二选一多路器
用两个二选一多路器代替三态门实现类似的功能，如图 2。 具体要求如下。
（1）用持续赋值语句和条件表达式描述二选一多路器，按照图 2连接两个二选一多路器。
（2）为便于机器考核，要求DATA0、DATA1、DATA2和OUT所用的虚拟元件序号与例 1相同，SEL0用OE0的开关，SEL1用OE1的开关。
（3）在实验系统验证设计的正确性；并分析与三态门的结果有什么异同。思考什么情况可以用多路器的方案代替三态门。
| 多级条件表达式或嵌套if-else语句描述的串行电路理论上会产生累加的电路时延，所以通常不提倡图 2所示的级联设计。三路以上的多路选择器应采用case语句描述。 |
实验任务2：与或门实现数据选择器
如果从电路结构的角度看，上面的二选一多路器是由与门、或门或反相器构成，如图 3所示。
如果将反相器去掉，增加一个选择信号，也可以实现数据选择的功能，如图 4。常规的多路器总会选择某一路输出，也只能选择其中一路输出；图 4数据选择器的特殊之处在于可以任何一路都不选择，也可以多路同时影响输出。
用类似的与或结构，可以增加输入通道的数量。实验任务的虚拟面板如图 5所示，具体要求如下。
（1）按照虚拟面板图中的电路结构用与或表达式描述3选1多路选择器。
图中“扩展”表示将1位的 oe 信号复制为3位，然后再和3位的 data 进行按位逻辑与运算。在Verilog中可以用并接、复制运算符描述“扩展”，如 {3{oe0}}。
| 尽管与或逻辑很简单，却有很多应用场合。在后面的实验中也会多次用到，应熟练掌握。 |
（2）为便于机器考核，输入输出所用的端口应与例 1相同。
（2）用实验系统验证。 通过验证体会电路特性与前面两种方案的不同。